CN110138417B - 一种电力线载波区域照明设备状况监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：包括主控制器和从控制器；主控制器包括主控单片机、电力载波模块一和通信模块；从控制器包括从控单片机、电力载波模块二、信号采集模块和供电电源；信号采集模块与照明设备连接；主控单片机分别与电力载波模块一和通信模块信号连接；从控单片机与电力载波模块二信号连接；电力载波模块一与电力载波模块二之间通过电力线连接；通信模块还与云平台信号连接。该监测系统可实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对坏灯位置快速定位，通信可靠便捷，节省通信成本。本发明还提供一种上述监测系统的监测方法。
Description
技术领域
本发明涉及照明监测技术领域，更具体地说，涉及一种电力线载波区域照明状况监测系统及监测方法。
背景技术
随着互联网时代的发展，人们的生活变得日益美好，但是在照明技术上还存在技术提升的空间。例如，在大型景区、校园、偏远公路等场合，若依靠人工巡查方式来观测路灯照明状况，则耗费大量人力物力，在路灯出现问题时往往不容易及时发现和定位并作出相应维修维护措施，影响照明亮度和照明效果，并且路灯故障可能引发灯具爆炸、短路等安全事故，存在安全隐患。因此，需要设计出一种可对照明设备状况进行自动监测的系统以监测照明设备是否出现故障，及时发现和定位坏灯位置，以便于坏灯可得到快速维修或更换。
目前在照明系统领域中常采用基于WiFi、Zigbee通信的控制系统，但是虽然WiFi、Zigbee技术成熟，但是不适合在偏远区域使用，因此监测系统需要采用其它通信技术。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种可实现照明设备工作状况监测、以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对坏灯位置快速定位、有利于提高照明设备使用可靠性和安全性、通信可靠便捷、节省通信成本的电力线载波区域照明设备状况监测系统。本发明的另一个目的在于提供一种上述监测系统的监测方法，该方法实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对坏灯位置快速定位，有利于提高照明设备使用可靠性和安全性，通信可靠便捷，节省通信成本。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：包括主控制器、从控制器、云平台和云平台应用设备；所述主控制器包括主控单片机、电力载波模块一和通信模块；所述从控制器包括从控单片机、电力载波模块二、信号采集模块和用于供电的供电电源；所述信号采集模块与照明设备连接，以实现照明工作数据采集；所述主控单片机分别与电力载波模块一和通信模块信号连接；从控单片机与电力载波模块二信号连接；电力载波模块一与电力载波模块二之间通过电力线连接；所述通信模块还与云平台信号连接；云平台与云平台应用设备信号连接。
本发明监测系统的工作原理是：首先，云平台发送执行指令至主控制器；
然后，在主控制器中，主控单片机接收执行指令后生成执行信号，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号并加载到电力线中；
在从控制器中，电力载波模块二从电力线中接收到高频的执行信号，将高频的执行信号解调成执行信号，并发送至从控单片机；从控单片机接收执行信号后，通过读取信号采集模块来获取照明工作数据信号；通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号并加载到电力线中；
电力载波模块一从电力线中接收高频的照明工作数据信号，将高频的照明工作数据信号解调成照明工作数据信号，并发送到主控单片机中以得到照明工作数据；
之后，主控制器将照明工作数据上传至云平台，云平台根据照明工作数据判断照明设备状况；或者是主控单片机根据照明工作数据判断照明设备状态，并将照明工作数据上传至云平台。
本发明监测系统可对照明工作数据进行采集并进行传送，实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对损坏照明设备的位置实现快速定位，便于及时维修或更换，消除安全隐患，有利于提高照明设备使用的可靠性和安全性。本发明监测系统采用电力线载波方式进行通信，可克服偏远区域没有网络的状况，利用原有电力线进行信号传输，可靠，便捷，节省通信成本。
优选地，所述电力载波模块一包括型号为KQ-130的载波芯片一、放大电路一、变压器一和滤波电路一；载波芯片一的引脚RX与主控单片机的输出端连接，载波芯片一的引脚TI与放大电路一连接，放大电路一与变压器一的初级连接，变压器一的次级与电力线连接；变压器一的初级还通过滤波电路一分别与载波芯片一的引脚IRX和引脚G连接；载波芯片一的引脚TX与主控单片机的输入端连接；
所述电力载波模块二包括型号为KQ-130的载波芯片二、放大电路二、变压器二和滤波电路二；载波芯片二的引脚RX与从控单片机的输出端连接，载波芯片二的引脚TI与放大电路二连接，放大电路二与变压器二的初级连接，变压器二的次级与电力线连接；变压器二的初级还通过滤波电路二分别与载波芯片二的引脚IRX和引脚G连接；载波芯片二的引脚TX与从控单片机的输入端连接。这样设置的电力载波模块一和电力载波模块二可实现信号调制和解调，有利于信号有效、可靠、安全地实现传输。
优选地，所述放大电路一包括NPN三极管Q7、电容C17、电容C19、电容C20、电阻R28、电阻R30、二极管D8、二极管D12和电感L1；所述滤波电路一包括电阻R26、电阻R27、电容C15、电容C18、电感L2、二极管D9和二极管D10；
所述载波芯片一的引脚TI与放大电路一连接，放大电路一与变压器一的初级连接，变压器一的次级与电力线连接，是指：载波芯片一的引脚TI通过串联的电阻R28和电容C20与NPN三极管Q7的基极连接，NPN三极管Q7的基极还通过并联的二极管D12和电阻R30接地；NPN三极管Q7的发射极接地；NPN三极管Q7的集电极通过串联的电感L1和二极管D8与电源正极连接，电容C17与电感L1并联；NPN三极管Q7的集电极还通过电容C19与变压器一的初级端口一连接；变压器一的初级端口二接地；变压器一的初级端口一与初级端口二之间连接有稳压二极管D11；变压器一的次级端口一与火线连接；变压器一的次级端口二通过串联的电感L3和电容C21与零线连接；
所述变压器一的初级还通过滤波电路一分别与载波芯片一的引脚IRX和引脚G连接，是指：变压器一的初级端口一通过串联的电阻R27和电容C15与载波芯片一的引脚IRX连接，载波芯片一的引脚IRX通过电感L2与载波芯片一的引脚G连接；电阻R26、电容C18、电感L2、二极管D9和二极管D10分别并联在电感L2上。
优选地，所述信号采集模块包括与照明设备串联的采样电阻和型号为RN8029的计量芯片；所述采样电阻的两端分别与计量芯片的引脚V1P和引脚V1N连接；计量芯片的引脚SDO、引脚SDI、引脚SCSN和引脚SCLK分别与从控单片机连接。信号采集模块可通过采集采样电阻的电阻来得到采样电阻的电流值，从而得出与采样电阻串联的照明设备的有效电流值和有效电压值。
优选地，所述计量芯片的引脚SDO、引脚SDI、引脚SCSN和引脚SCLK分别通过光耦隔离电路与从控单片机连接。光耦隔离电路可达到电气隔离效果，输出信号对输入端无任何的影响，抗干扰能力强，工作稳定。
优选地，所述供电电源包括相互连接的变压整流模块和降压稳压模块；其中，变压整流模块与市电连接；降压稳压模块与从控制器连接。
优选地，所述云平台应用设备包括移动终端和电脑终端。
上述电力线载波区域照明设备状况监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1步，云平台发送执行指令至主控制器；
S2步，在主控制器中，主控单片机接收执行指令后生成执行信号，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号并加载到电力线中；
S3步，在从控制器中，电力载波模块二从电力线中接收到高频的执行信号，将高频的执行信号解调成执行信号，并发送至从控单片机；从控单片机接收执行信号后，通过读取信号采集模块来获取照明工作数据信号；通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号并加载到电力线中；
S4步，电力载波模块一从电力线中接收高频的照明工作数据信号，将高频的照明工作数据信号解调成照明工作数据信号，并发送到主控单片机中以得到照明工作数据；
S5步，主控制器将照明工作数据上传至云平台，云平台根据照明工作数据判断照明设备状况；或者是主控单片机根据照明工作数据判断照明设备状态，并将照明工作数据上传至云平台。
本发明监测方法可实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对损坏照明设备的位置实现快速定位，便于及时维修或更换，消除安全隐患，有利于提高照明设备使用的可靠性和安全性。本发明监测方法采用电力线载波方式进行通信，可克服偏远区域没有网络的状况，利用原有电力线进行信号传输，可靠，便捷，节省通信成本。
优选地，所述S2步中，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号，是指：通过电力载波模块一根据FSK调制方式将执行信号调制成高频的执行信号；
所述S3步中，通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号，是指：通过电力载波模块二根据FSK调制方式将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号。
优选地，在所述S1步之前，先将主控制器初始化，并使主控制器与云平台实现连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明可对照明工作数据进行采集并进行传送，实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对损坏照明设备的位置实现快速定位，便于及时维修或更换，消除安全隐患，有利于提高照明设备使用的可靠性和安全性；采用电力线载波方式进行通信，可克服偏远区域没有网络的状况，利用原有电力线进行信号传输，可靠，便捷，节省通信成本；
2、本发明中，电力载波模块一和电力载波模块二可实现信号调制和解调，有利于信号有效、可靠、安全地实现传输；
3、本发明中，信号采集模块可有效得出照明设备的有效电流值和有效电压值，从而便于工作人员判断照明设备状况。
附图说明
图1是本发明监测系统的系统框图；
图2是本发明监测系统中电力载波模块一的电路原理图；
图3是本发明监测系统中信号采集模块的电路原理图；
图4是本发明监测系统中光耦隔离电路的电路原理图；
图5是本发明监测系统中供电电源的电路原理图；
图6是本发明监测系统中oneNET云平台和终端连接示意图；
图7是本发明监测系统的工作流程。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图6所示，本实施例一种电力线载波区域照明设备状况监测系统，包括主控制器、从控制器、云平台和云平台应用设备；主控制器包括主控单片机、电力载波模块一和通信模块；从控制器包括从控单片机、电力载波模块二、信号采集模块和用于供电的供电电源；信号采集模块与照明设备连接，以实现照明工作数据采集；主控单片机分别与电力载波模块一和通信模块信号连接；从控单片机与电力载波模块二信号连接；电力载波模块一与电力载波模块二之间通过电力线连接；通信模块还与云平台信号连接；云平台与云平台应用设备信号连接。
本发明监测系统可对照明工作数据进行采集并进行传送，实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对损坏照明设备的位置实现快速定位，便于及时维修或更换，消除安全隐患，有利于提高照明设备使用的可靠性和安全性。本发明监测系统采用电力线载波方式进行通信，可克服偏远区域没有网络的状况，利用原有电力线进行信号传输，可靠，便捷，节省通信成本。
主控单片机和从控单片机可采用现有单片机，例如STM32单片机。
电力载波模块一包括型号为KQ-130的载波芯片一、放大电路一、变压器一和滤波电路一；载波芯片一的引脚RX与主控单片机的输出端连接，载波芯片一的引脚TI与放大电路一连接，放大电路一与变压器一的初级连接，变压器一的次级与电力线连接；变压器一的初级还通过滤波电路一分别与载波芯片一的引脚IRX和引脚G连接；载波芯片一的引脚TX与主控单片机的输入端连接；
所述电力载波模块二包括型号为KQ-130的载波芯片二、放大电路二、变压器二和滤波电路二；载波芯片二的引脚RX与从控单片机的输出端连接，载波芯片二的引脚TI与放大电路二连接，放大电路二与变压器二的初级连接，变压器二的次级与电力线连接；变压器二的初级还通过滤波电路二分别与载波芯片二的引脚IRX和引脚G连接；载波芯片二的引脚TX与从控单片机的输入端连接。这样设置的电力载波模块一和电力载波模块二可实现信号调制和解调，有利于信号有效、可靠、安全地实现传输。
所述放大电路一包括NPN三极管Q7、电容C17、电容C19、电容C20、电阻R28、电阻R30、二极管D8、二极管D12和电感L1；所述滤波电路一包括电阻R26、电阻R27、电容C15、电容C18、电感L2、二极管D9和二极管D10；
所述载波芯片一的引脚TI与放大电路一连接，放大电路一与变压器一的初级连接，变压器一的次级与电力线连接，是指：载波芯片一的引脚TI通过串联的电阻R28和电容C20与NPN三极管Q7的基极连接，NPN三极管Q7的基极还通过并联的二极管D12和电阻R30接地；NPN三极管Q7的发射极接地；NPN三极管Q7的集电极通过串联的电感L1和二极管D8与电源正极连接，电容C17与电感L1并联；NPN三极管Q7的集电极还通过电容C19与变压器一的初级端口一连接；变压器一的初级端口二接地；变压器一的初级端口一与初级端口二之间连接有稳压二极管D11；变压器一的次级端口一与火线连接；变压器一的次级端口二通过串联的电感L3和电容C21与零线连接；
所述变压器一的初级还通过滤波电路一分别与载波芯片一的引脚IRX和引脚G连接，是指：变压器一的初级端口一通过串联的电阻R27和电容C15与载波芯片一的引脚IRX连接，载波芯片一的引脚IRX通过电感L2与载波芯片一的引脚G连接；电阻R26、电容C18、电感L2、二极管D9和二极管D10分别并联在电感L2上。
电力载波模块二的电路结构与电力载波模块一相同。
信号采集模块包括与照明设备串联的采样电阻和型号为RN8029的计量芯片；采用电阻为R35，材料是锰铜，大约在10毫欧。采样电阻的两端分别与计量芯片的引脚V1P和引脚V1N连接；计量芯片的引脚SDO、引脚SDI、引脚SCSN和引脚SCLK分别与从控单片机连接。信号采集模块可通过采集采样电阻的电阻来得到采样电阻的电流值，从而得出与采样电阻串联的照明设备的有效电流值和有效电压值。
计量芯片的引脚SDO、引脚SDI、引脚SCSN和引脚SCLK分别通过光耦隔离电路与从控单片机连接。光耦隔离电路可达到电气隔离效果，输出信号对输入端无任何的影响，抗干扰能力强，工作稳定。
供电电源包括相互连接的变压整流模块和降压稳压模块；其中，变压整流模块与市电连接；降压稳压模块与从控制器连接。
通信模块可采用现有通信模块，例如WIFI模块。通信模块与云平台之间的通信可采用现有技术。云平台应用设备包括移动终端和电脑终端；按通信协议分类，移动终端和电脑终端可分类为EDP SCK终端、TCP SCK终端和MQTT Client终端。
本发明监测系统的监测方法，如图7所示；包括如下步骤：
S1步，云平台发送执行指令至主控制器；
S2步，在主控制器中，主控单片机接收执行指令后生成执行信号，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号并加载到电力线中；
S3步，在从控制器中，电力载波模块二从电力线中接收到高频的执行信号，将高频的执行信号解调成执行信号，并发送至从控单片机；从控单片机接收执行信号后，通过读取信号采集模块来获取照明工作数据信号；通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号并加载到电力线中；
S4步，电力载波模块一从电力线中接收高频的照明工作数据信号，将高频的照明工作数据信号解调成照明工作数据信号，并发送到主控单片机中以得到照明工作数据；
S5步，主控制器将照明工作数据上传至云平台，云平台根据照明工作数据判断照明设备状况；或者是主控单片机根据照明工作数据判断照明设备状态，并将照明工作数据上传至云平台。
本发明监测方法可实现照明设备工作状况监测，以便于工作人员判断照明设备是否出现故障并对损坏照明设备的位置实现快速定位，便于及时维修或更换，消除安全隐患，有利于提高照明设备使用的可靠性和安全性。本发明监测方法采用电力线载波方式进行通信，可克服偏远区域没有网络的状况，利用原有电力线进行信号传输，可靠，便捷，节省通信成本。
优选地，所述S2步中，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号，是指：通过电力载波模块一根据FSK调制方式将执行信号调制成高频的执行信号；
所述S3步中，通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号，是指：通过电力载波模块二根据FSK调制方式将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号。
在所述S1步之前，先将主控制器初始化，并使主控制器与云平台实现连接。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：包括主控制器、从控制器、云平台和云平台应用设备；所述主控制器包括主控单片机、电力载波模块一和通信模块；所述从控制器包括从控单片机、电力载波模块二、信号采集模块和用于供电的供电电源；所述信号采集模块与照明设备连接，以实现照明工作数据采集；所述主控单片机分别与电力载波模块一和通信模块信号连接；从控单片机与电力载波模块二信号连接；电力载波模块一与电力载波模块二之间通过电力线连接；所述通信模块还与云平台信号连接；云平台与云平台应用设备信号连接；
所述电力载波模块一包括型号为KQ-130的载波芯片一、放大电路一、变压器一和滤波电路一；载波芯片一的引脚RX与主控单片机的输出端连接，载波芯片一的引脚TI与放大电路一连接，放大电路一与变压器一的初级连接，变压器一的次级与电力线连接；变压器一的初级还通过滤波电路一分别与载波芯片一的引脚IRX和引脚G连接；载波芯片一的引脚TX与主控单片机的输入端连接；
所述电力载波模块二包括型号为KQ-130的载波芯片二、放大电路二、变压器二和滤波电路二；载波芯片二的引脚RX与从控单片机的输出端连接，载波芯片二的引脚TI与放大电路二连接，放大电路二与变压器二的初级连接，变压器二的次级与电力线连接；变压器二的初级还通过滤波电路二分别与载波芯片二的引脚IRX和引脚G连接；载波芯片二的引脚TX与从控单片机的输入端连接；
所述信号采集模块包括与照明设备串联的采样电阻和型号为RN8029的计量芯片；所述采样电阻的两端分别与计量芯片的引脚V1P和引脚V1N连接；计量芯片的引脚SDO、引脚SDI、引脚SCSN和引脚SCLK分别与从控单片机连接。
2.根据权利要求1所述的电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：所述放大电路一包括NPN三极管Q7、电容C17、电容C19、电容C20、电阻R28、电阻R30、二极管D8、二极管D12和电感L1；所述滤波电路一包括电阻R26、电阻R27、电容C15、电容C18、电感L2、二极管D9和二极管D10；
所述载波芯片一的引脚TI与放大电路一连接，放大电路一与变压器一的初级连接，变压器一的次级与电力线连接，是指：载波芯片一的引脚TI通过串联的电阻R28和电容C20与NPN三极管Q7的基极连接，NPN三极管Q7的基极还通过并联的二极管D12和电阻R30接地；NPN三极管Q7的发射极接地；NPN三极管Q7的集电极通过串联的电感L1和二极管D8与电源正极连接，电容C17与电感L1并联；NPN三极管Q7的集电极还通过电容C19与变压器一的初级端口一连接；变压器一的初级端口二接地；变压器一的初级端口一与初级端口二之间连接有稳压二极管D11；变压器一的次级端口一与火线连接；变压器一的次级端口二通过串联的电感L3和电容C21与零线连接；
所述变压器一的初级还通过滤波电路一分别与载波芯片一的引脚IRX和引脚G连接，是指：变压器一的初级端口一通过串联的电阻R27和电容C15与载波芯片一的引脚IRX连接，载波芯片一的引脚IRX通过电感L2与载波芯片一的引脚G连接；电阻R26、电容C18、电感L2、二极管D9和二极管D10分别并联在电感L2上。
3.根据权利要求1所述的电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：所述计量芯片的引脚SDO、引脚SDI、引脚SCSN和引脚SCLK分别通过光耦隔离电路与从控单片机连接。
4.根据权利要求1所述的电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：所述供电电源包括相互连接的变压整流模块和降压稳压模块；其中，变压整流模块与市电连接；降压稳压模块与从控制器连接。
5.根据权利要求1所述的电力线载波区域照明设备状况监测系统，其特征在于：所述云平台应用设备包括移动终端和电脑终端。
6.根据权利要求1所述的电力线载波区域照明设备状况监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1步，云平台发送执行指令至主控制器；
S2步，在主控制器中，主控单片机接收执行指令后生成执行信号，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号并加载到电力线中；
S3步，在从控制器中，电力载波模块二从电力线中接收到高频的执行信号，将高频的执行信号解调成执行信号，并发送至从控单片机；从控单片机接收执行信号后，通过读取信号采集模块来获取照明工作数据信号；通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号并加载到电力线中；
S4步，电力载波模块一从电力线中接收高频的照明工作数据信号，将高频的照明工作数据信号解调成照明工作数据信号，并发送到主控单片机中以得到照明工作数据；
S5步，主控制器将照明工作数据上传至云平台，云平台根据照明工作数据判断照明设备状况；或者是主控单片机根据照明工作数据判断照明设备状态，并将照明工作数据上传至云平台。
7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述S2步中，通过电力载波模块一将执行信号调制成高频的执行信号，是指：通过电力载波模块一根据FSK调制方式将执行信号调制成高频的执行信号；
所述S3步中，通过电力载波模块二将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号，是指：通过电力载波模块二根据FSK调制方式将照明工作数据信号调制成高频的照明工作数据信号。
8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：在所述S1步之前，先将主控制器初始化，并使主控制器与云平台实现连接。
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